等离子切割机智能控制策略的研究

论文摘要

随着科学技术水平的飞速发展,社会对产品的多样化要求越来越高,工业产品更新速度加快,在日常工业生产中,多种类、小批量的特点日渐显现；同时,随着船舶制造、汽车工业及轻工消费品生产的高速增长,所要求的零件形状日趋复杂,对于精度的要求也越来越高。在船舶制造等工业生产中,作为第一道工序的切割工艺,其质量的高低影响着后续加工的质量与效率,而等离子切割作为性价比最高的切割方式,广泛应用于造船、机械制造等行业,具有可切割厚度大、割缝窄、切口垂直度好、不挂渣、速度快等优点。等离子切割过程存在切割环境较为恶劣,切割参数较多且相互耦合,系统非线性的特点,导致等离子切割机控制系统难以建立精确的数学模型,使得利用常规控制策略难以达到要求的切割精度。针对这种情况,本论文搭建开放式的等离子切割平台,并在此平台上研究等离子切割机智能控制策略,主要完成如下的工作：1、根据等离子切割控制要求,搭建以工控机、运动控制器和PLC为硬件平台的等离子切割机控制系统,包括硬件选型、硬件系统搭建以及各部分软件系统的设计,通过这些工作的实施完成一台等离子切割机样机,为智能控制策略的研究提供平台支持。2、针对等离子切割过程难以建立精确数学模型的特点,提出将神经网络应用于等离子切割过程的参数决策,建立基于人工神经网络的切割过程参数智能决策模型,使该模型能够在切割过程中较准确的预测工艺指标参数,满足等离子切割工艺参数决策的要求。3、针对等离子切割机弧压调高系统利用常规PID控制方法产生的整定效果不够理想,实时性不足的缺点,将遗传算法引入到等离子切割机弧压调高系统的PID参数寻优中,通过遗传算法对系统PID参数进行全局优化从而得到最优的控制参数,并在搭建的等离子切割机平台上进行实验验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• CONTENTS
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的研究背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题来源及本文的研究内容与结构安排
• 1.3.1 课题来源
• 1.3.2 研究内容
• 1.3.3 文章结构安排
• 第二章 等离子切割机控制系统硬件平台搭建
• 2.1 引言
• 2.2 等离子切割机控制要求
• 2.3 系统硬件组成及控制原理
• 2.3.1 硬件组成
• 2.3.2 多轴运动控制
• 2.3.3 交流伺服驱动系统
• 2.3.4 切割机限位保护设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 等离子切割机系统软件及通信设计
• 3.1 引言
• 3.2 切割机系统软件需求分析
• 3.3 控制软件设计要求
• 3.4 切割机系统上位机软件设计
• 3.4.1 软件开发平台及编程语言选择
• 3.4.2 上位机软件具体实现
• 3.5 运动控制器软件设计
• 3.5.1 运动控制器软件开发环境
• 3.5.2 运动控制器软件
• 3.6 系统通信设计
• 3.6.1 运动控制器与工控机通信
• 3.6.2 运动控制器与PLC通信
• 3.7 本章小结
• 第四章 基于神经网络的等离子切割过程智能控制
• 4.1 引言
• 4.2 等离子切割过程分析
• 4.3 基于神经网络的切割过程参数智能控制
• 4.3.1 人工神经网络
• 4.3.2 切割过程神经网络模型的确定
• 4.3.3 切割过程神经网络模型的建立与分析
• 4.3.4 神经网络的学习
• 4.3.5 网络结果分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 切割机调高系统智能控制策略的研究
• 5.1 引言
• 5.2 等离子切割机弧压调高系统
• 5.3 基于遗传算法的PID参数寻优控制
• 5.3.1 遗传算法
• 5.3.2 弧压调高系统PID控制
• 5.3.3 基于遗传算法的弧压调高系统PID参数寻优
• 5.4 实验与分析
• 5.5 本章小结
• 结语与展望
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文及申请的专利
• 攻读学位期间参加的科研项目
• 致谢